DE102004042034A1 - Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrisches Gerät und Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie an Komponenten eines elektrischen Geräts - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrisches Gerät, insbesondere für einen Computer, mit einer Lüftereinrichtung.
- Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie an Komponenten eines elektrischen Geräts, bei dem eine Schaltungsanordnung für die Energiebereitstellung über einen Luftstrom einer Lüftereinrichtung gekühlt wird.
- Eine Energieversorgungsvorrichtung (power supply) für ein elektrisches Gerät dient dazu, extern bereitgestellte elektrische Energie, wie beispielsweise Netzstrom, derart zu wandeln, daß die elektrische Energie durch elektronische Komponenten des elektrischen Geräts genutzt werden kann.
- Energieversorgungsvorrichtungen für Computer weisen üblicherweise eine Lüftereinrichtung auf, um elektronische Leistungsbauteile/Kühlkörper über einen Luftstrom kühlen zu können.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche universell einsetzbar ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Radiator für eine Flüssigkeitskühlungseinrichtung in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist.
- Komponenten eines elektrischen Geräts, die sich im Betrieb stark aufheizen, lassen sich auf effektive Weise flüssigkeitskühlen. Eine Vorrichtung zur lokalen Kühlung mittels einer Flüssigkeit ist beispielsweise in der
EP 1 398 511 A1 bzw. US 2004/0119371 A1 beschrieben. - Eine weitere Flüssigkeitskühlungsvorrichtung ist in der WO 03/098415 A1 beschrieben.
- Erfindungsgemäß wird der Radiator einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung in die Energieversorgungsvorrichtung integriert. In einem Radiator einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung wird insbesondere über Vergrößerung der Fläche der Strömungsführung für einen Wärmetausch mit der Umgebung gesorgt, um aufgeheizte Kühlungsflüssigkeit wieder abkühlen zu können. Üblicherweise ist einem Radiator ein Lüfter zugeordnet, um den Radiator mit einem Luftstrom beaufschlagen zu können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Lüftereinrichtung vorgesehen, deren Luftstrom die für die elektrische Wandlung bezüglich der Energieversorgungsfunktion notwendigen, sich aufheizenden Komponenten abkühlen kann und Kühlungsflüssigkeit im Radiator abkühlen kann. Die Anzahl der Baukomponenten läßt sich dadurch verringern. Da ein Lüfter größer ausgebildet werden kann, läßt sich pro Lüfter auch das Lüftergeräusch minimieren.
- Da bei der erfindungsgemäßen Lösung nur noch eine Lüftereinrichtung vorgesehen werden muß, läßt sich insgesamt die Geräuschemission des elektrischen Geräts reduzieren.
- Erfindungsgemäß läßt sich eine Energieversorgungsvorrichtung-Flüssigkeitskühlungseinrichtung-Kombination bereitstellen, welche auf einfache Weise an bzw. in dem elektrischen Gerät montierbar ist und auf einfache Weise anschließbar ist.
- Dadurch, daß der Radiator in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist, läßt sich dieser auch geschützt insbesondere in einem Gehäuse der Energieversorgungsvorrichtung anordnen. Üblicherweise weisen Energieversorgungsvorrichtungen ein geschlossenes Gehäuse und insbesondere Stahlgehäuse auf. (Das Gehäuse weist Öffnungen auf, um eine Luftzirkulation zu ermöglichen.) Radiatoren sind mechanisch relativ empfindlich. Durch die Anordnung in dem Gehäuse der Energieversorgungsvorrichtung lassen sich diese gegenüber mechanischen Einflüssen schützen. Dies gilt insbesondere auch für die Montage einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung an einem elektrischen Gerät. Dadurch wiederum ist die Gefahr der Leckage beispielsweise aufgrund Beschädigungen während der Montage beseitigt.
- Es ist auch möglich, über den Radiator Teile einer Schaltungsanordnung der Energieversorgungsvorrichtung zu kühlen. Die Schaltungsanordnung dient dazu, elektrische Energie in eine Form zu wandeln, welche durch interne Verbraucher des elektrischen Geräts nutzbar ist. Durch entsprechende Anordnung des Radiators in Relation zu einer solchen Schaltungsanordnung läßt sich diese in Bereichen flüssigkeitskühlen, wobei die in dem Radiator über die Lüftereinrichtung abgekühlte Kühlungsflüssigkeit verwendet wird. Eine solche Flüssigkeitskühlung von Schaltungskomponenten der Energieversorgungsvorrichtung läßt sich ohne großen konstruktiven Aufwand erreichen.
- Insbesondere ist es günstig, wenn der Radiator so angeordnet ist, daß er mindestens teilweise durch einen Luftstrom der Lüftereinrichtung beaufschlagbar ist. Es läßt sich dadurch eine effektive Kühlung sowohl der relevanten Komponenten der Energieversorgungsvorrichtung (bezüglich der elektrischen Wandlungsfunktion) als auch der Kühlungsflüssigkeit erreichen.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Umwälzpumpe für die Flüssigkeitskühlung vorgesehen ist und insbesondere in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist. Es läßt sich dadurch ein Modul bereitstellen, welches die notwendigen Komponenten für die Flüssigkeitskühlung enthält; dadurch läßt sich die Flüssigkeitskühlungseinrichtung auf einfache Weise an dem elektrischen Gerät montieren und auch einsetzen.
- Günstig ist es, wenn die Umwälzpumpe an einem Gehäuse der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. Es läßt sich dann ein Energieversorgungs-Flüssigkeitskühlungs-Modul bereitstellen, wobei die Umwälzpumpe bereits positioniert ist. Das Gehäuse der Energieversorgungsvorrichtung stellt einen geeigneten Montageort für die Umwälzpumpe bereit.
- Insbesondere ist die Umwälzpumpe außerhalb eines Gehäuseinnenraums eines Gehäuses der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet. Die Umwälzpumpe läßt sich dann auf einfache Weise bezüglich der Energieversorgungsvorrichtung montieren. Wenn Wartungsarbeiten an der Umwälzpumpe durchgeführt werden müssen bzw. die Umwälzpumpe ausgetauscht werden muß, dann läßt sich dies auf einfache Weise durchführen.
- Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umwälzpumpe mit mindestens einem thermischen Kontaktelement verbunden ist. Das thermische Kontaktelement, welches mit der Umwälzpumpe insbesondere über flexible schlauchförmige Flüssigkeitsleitungen verbunden ist, kann dann an einem oder mehreren relevanten Gegenständen des elektrischen Geräts in thermischem Kontakt fixiert werden. Beispielsweise kann es an der CPU eines Computers und einem Graphikprozessor positioniert werden, um für deren Kühlung zu sorgen.
- Insbesondere ist mindestens ein thermisches Kontaktelement über Flüssigkeitsleitungen mit der Umwälzpumpe derart verbunden, daß durch das mindestens eine thermische Kontaktelement ein Gegenstand thermisch kontaktierbar ist. Flüssigkeitsleitungen, an denen das (mindestens eine) thermische Kontaktelement angeordnet ist, sind von der Energieversorgungsvorrichtung mit integrierter Umwälzpumpe herausgeführt. Die Energieversorgungsvorrichtung wird beispielsweise in dem Gehäuse des elektrischen Geräts montiert. Das thermische Kontaktelement wird dann an dem Gegenstand wie einer CPU oder einem Graphikprozessor positioniert und dort fixiert. Die Gesamtmontage ist stark vereinfacht, da die einzelnen Komponenten der Flüssigkeitskühlungseinrichtung nicht getrennt in dem Gehäuse des elektrischen Geräts montiert werden müssen.
- Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Umwälzpumpe und den Radiator in einer Strömungsführung relativ zueinander anzuordnen. Bezogen auf die Strömungsrichtung von aufgeheizter Kühlungsflüssigkeit, das heißt in der Strömungsrichtung von Kühlungsflüssigkeit, welche von einem thermischen Kontaktelement abströmt, kann der Radiator vor der Umwälzpumpe angeordnet sein oder nach der Umwälzpumpe. Günstig ist es, wenn in der Strömungsführung für Kühlungsflüssigkeit bezogen auf eine Strömungsrichtung für aufgeheizte Kühlungsflüssigkeit die Umwälzpumpe vor dem Radiator angeordnet ist, das heißt die Umwälzpumpe auf das thermische Kontaktelement folgt. Die Umwälzpumpe wird dann von aufgeheizter Kühlungsflüssigkeit durchströmt, die nachfolgend in dem Radiator abgekühlt wird. Abgekühlte Kühlungsflüssigkeit wird dann von dem Radiator direkt einem thermischen Kontaktelement zugeführt. Eine solche Strömungsführung ist energetisch günstig.
- Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Umwälzpumpe an oder in der Nähe einer Durchtrittsführung für einen Kabelstrang angeordnet ist. Ein Kabelstrang muß über einen Durchtritt durch ein Gehäuse einer Energieversorgungsvorrichtung geführt werden. Der Kabelstrang enthält die Kabel, über die interne elektrische Verbraucher des elektrischen Geräts mit Strom versorgt werden. Der aus der Energieversorgungsvorrichtung austretende Kabelstrang benötigt Raum. Deshalb muß ein bestimmter Raum hinter der Energieversorgungsvorrichtung für den Kabelstrang freigehalten werden. Wenn die Umwälzpumpe (und gegebenenfalls auch ein Ausgleichsbehälter) an oder in der Nähe zur Durchführung angeordnet sind, dann kann dieser sowieso freizuhaltende Raum effektiv genutzt werden. Der effektive Raumbedarf der Energieversorgungsvorrichtung mit integrierter Flüssigkeitskühlungseinrichtung erhöht sich dadurch nicht oder nur wenig. Dies wiederum ermöglicht es, die erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung in normierte Gehäuse einzusetzen.
- Insbesondere ist die Umwälzpumpe an einer Halteplatte angeordnet, welche einem elektrischen Anschluß gegenüberliegt. Über den elektrischen Anschluß wird elektrische Energie von außen in die Energieversorgungsvorrichtung eingekoppelt. Üblicherweise ist der elektrische Anschluß ein Netzanschluß. Wenn die Umwälzpumpe an einer gegenüberliegenden Halteplatte angeordnet ist, dann muß die Energieversorgungsvorrichtung als solche zur Integration einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung nur minimal modifiziert werden; an der Halteplatte ist üblicherweise ein Durchtritt für einen Kabelstrang angeordnet. Hinter dem Kabelstrang muß sowieso Platz gehalten werden, um diesen herausführen zu können. Wenn dann die Umwälzpumpe an der Halteplatte angeordnet wird, dann kann dieser Platz in einem Gehäuse eines elektrischen Geräts zur Aufnahme der Umwälzpumpe genutzt werden.
- Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Radiator und die Lüftereinrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei der Radiator bezüglich einer Ansaugseite vor oder hinter der Lüftereinrichtung angeordnet sein kann. Durch die Hintereinanderanordnung von Radiator und Lüftereinrichtung ist gewährleistet, daß der Radiator über den Luftstrom der Lüftereinrichtung kühlbar ist.
- Insbesondere ist es günstig, wenn der Radiator unterhalb eines elektrischen Anschlusses der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. Dadurch läßt sich eine Luftzirkulation durch einen Innenraum der Energieversorgungsvorrichtung gewährleisten. Üblicherweise sind Öffnungen und insbesondere Lüftungsschlitze einer Energieversorgungsvorrichtung neben dem elektrischen Anschluß angeordnet. Wenn der Radiator unterhalb des elektrischen Anschlusses liegt, dann sind solche Lüftungsschlitze nicht vollständig bedeckt.
- Es kann vorgesehen sein, daß eine Rotationsachse der Lüftereinrichtung quer zu einer Rotationsachse der Umwälzpumpe orientiert ist. Dadurch läßt sich eine platzsparende Integration der Flüssigkeitskühlungseinrichtung in die Energieversorgungsvorrichtung realisieren.
- Günstig ist es, wenn die Umwälzpumpe einen Elektromotor mit einem sphärisch gelagerten Rotor aufweist. Solche Umwälzpumpen sind in der
EP 1 416 607 A2 bzw. US 2004/0119371 A1 und derEP 1 398 511 A1 bzw. US 2004/0052663 A1 beschrieben, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Solche Elektromotoren und damit die Umwälzpumpen, in welche solche Elektromotoren integriert sind, lassen sich mit geringer Höhe ausbilden. Ferner weisen die entsprechenden Elektromotoren eine hohe Laufruhe auf, so daß die Geräuschemission reduziert ist. Ferner weisen entsprechende Elektromotoren eine hohe Lebensdauer auf. - Insbesondere ist ein Schaufelrad der Umwälzpumpe mit dem Rotor verbunden, welcher das Schaufelrad entsprechend antreibt.
- Es ist günstig, wenn mindestens ein Ausgleichsbehälter für Kühlungsflüssigkeit vorgesehen ist. Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Flüssigkeitskühlungseinrichtung mit einer größeren Menge an Kühlungsflüssigkeit zu befüllen, als für den aktuellen Betrieb notwendig ist. Es kann dadurch ein normaler Kühlungsflüssigkeitsschwund beispielsweise durch Diffusion und Verdunstung ausgeglichen werden, so daß bei genügender Vorbefüllung eine Nachbefüllung während der Lebensdauer der Flüssigkeitskühlungseinrichtung nicht notwendig ist.
- Insbesondere ist der mindestens eine Ausgleichsbehälter in die Energieversorgungsvorrichtung integriert. Es ist dadurch ein Gesamtsystem bereitgestellt, welches die notwendigen Komponenten für die Flüssigkeitskühlung enthält.
- Es kann vorgesehen sein, daß der mindestens eine Ausgleichsbehälter neben einer Umwälzpumpe angeordnet ist. Beispielsweise kann dadurch der Raum hinter einem Durchtritt für einen Kabelstrang genutzt werden.
- Es kann auch vorgesehen sein, daß der mindestens eine Ausgleichsbehälter in die Umwälzpumpe integriert ist, das heißt insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Umwälzpumpe angeordnet ist.
- Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn in die Energieversorgungsvorrichtung Komponenten für eine Flüssigkeitskühleinrichtung integriert sind. Es läßt sich dadurch eine Energieversorgungs-Flüssigkeitskühlungs-Kombination ausbilden, welche auf einfache Weise beispielsweise an oder in einem Gehäuse eines elektrischen Geräts montierbar ist. Auch die Anbindung an einen zu kühlenden Gegenstand oder an mehrere zu kühlende Gegenstände innerhalb des Gehäuses läßt sich auf einfache Weise erreichen.
- Insbesondere ist eine Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt, in welche die Komponenten Radiator, Umwälzpumpe, Ausdehnungsbehälter und Lüftungseinrichtung für den Radiator einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung integriert sind.
- Es ist ferner günstig, wenn ausgehende Flüssigkeitsleitungen vorhanden sind, an welchen mindestens ein thermisches Kontaktelement angeordnet ist. Die Flüssigkeitsleitungen sind insbesondere flexibel als Schläuche ausgebildet. Es lassen sich dann ein oder mehrere thermische Kontaktelemente bezüglich einem oder mehreren zu kühlenden Gegenständen positionieren.
- Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Flüssigkeitskühlungseinrichtung mit einer solchen Menge an Kühlungsflüssigkeit vorbefüllt ist, daß kein Nachfüllen für eine erwartete Lebensdauer notwendig ist. Die Flüssigkeitskühlungseinrichtung enthält als vorkonfektioniertes System diejenige Menge an Kühlungsflüssigkeit (beispielsweise ein Wasser-Gefrierschutz-Gemisch), so daß Kühlungsflüssigkeitsverluste beispielsweise durch Diffusion und Verdunstung ausgleichbar sind.
- Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Flüssigkeitskühlungs-Energieversorgungs-Modul für ein elektrisches Gerät bereitgestellt. Dieses umfaßt die erfindungsgemäße Energieversorgungsvorrichtung. Ein solches Modul enthält die notwendigen Komponenten für eine Flüssigkeitskühlungseinrichtung. Es läßt sich auf einfache Weise an oder in dem Gehäuse des elektrischen Geräts montieren.
- Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine effektive Kühlung erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Luftstrom der Lüftereinrichtung einen Radiator einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung beaufschlägt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energieversorgungsvorrichtung erläutert.
- Insbesondere wird Kühlungsflüssigkeit durch eine Energieversorgungsvorrichtung geführt. Dort wird sie in dem Radiator mittels der Lüftereinrichtung abgekühlt, wobei die Lüftereinrichtung eine gemeinsame Lüftereinrichtung der Energieversorgungsvorrichtung und der Flüssigkeitskühlungseinrichtung ist.
- Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
-
1 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungsvorrichtung; -
2 eine Ansicht der Energieversorgungsvorrichtung gemäß1 in der Richtung A ohne Lüftereinrichtung; -
3 die gleiche Ansicht wie in2 mit Lüftereinrichtung (ohne Flüssigkeitsleitungen); -
4 eine Außendraufsicht auf die Energieversorgungsvorrichtung gemäß1 in der Richtung B und -
5 eine Außendraufsicht der Energieversorgungsvorrichtung gemäß1 in der Richtung C (Gegenrichtung zu Richtung B). - Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Energieversorgungsvorrichtung (power supply), welche in den
1 bis5 gezeigt und dort mit10 bezeichnet ist, umfaßt einen Träger12 für funktionelle Komponenten14 der Energieversorgungsvorrichtung. Insbesondere sind an dem Träger12 elektronische Bauteile als funktionelle Komponenten14 angeordnet. An dem Träger12 kann auch ein Kühlkörper16 angeordnet sein. Dieser Kühlkörper16 , welcher eine Mehrzahl von Kühlrippen aufweist, steht in thermischem Kontakt mit einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen18 einer auf dem Träger12 angeordneten Schaltungsanordnung20 . - Der Träger
12 ist in einem geschlossenen Gehäuse21 angeordnet. Bei diesem handelt es sich insbesondere um ein Stahlgehäuse. - Die elektrische Energieversorgungsvorrichtung
10 weist einen elektrischen Anschluß22 für die externe Stromzuführung auf, bei dem es sich insbesondere um einen Netzanschluß handelt. Dieser ist an einer Rückenplatte23 des Gehäuses21 angeordnet. Die Rückenplatte23 ist mit Öffnungen25 versehen (5 ), welche neben dem elektrischen Anschluß22 angeordnet sind. Über den elektrischen Anschuß22 läßt sich elektrische Energie in die Energieversorgungsvorrichtung10 einkoppeln, wobei die Energieversorgungsvorrichtung10 mit ihrer Schaltungsanordnung20 für eine elektrische Wandlung sorgt, so daß elektrische Energie elektronischen Komponenten eines elektrischen Gerätes, wie beispielsweise einem Computer und insbesondere PC in der erforderlichen Form bereitstellbar ist. - Die Energieversorgungsvorrichtung
10 umfaßt eine Lüftereinrichtung24 mit einem rotierend angetriebenen Lüfterrad26 eines Lüfters28 . Vor dem Lüfterrad26 ist ein Schutzgitter30 angeordnet. - Die Energieversorgungsvorrichtung
10 weist eine Ansaugseite32 auf, welche (abgedeckt mit dem Schutzgitter30 ) mindestens teilweise offen ist, so daß über den Lüfter28 ein Kühlungs-Luftstrom erzeugbar ist. Die Ansaugseite32 liegt quer und insbesondere senkrecht zur Rückenplatte23 . Der Lüfter28 ist so angeordnet, daß über den Luftstrom insbesondere der Kühlkörper16 kühlbar ist. Beispielsweise ist der Luftstrom auch so gerichtet, daß er mindestens teilweise auch Leistungsbauteile18 direkt beaufschlägt. - Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Rotationsachse
34 des Lüfterrads26 quer und insbesondere senkrecht auf eine Seitenfläche36 des Kühlkörpers16 ausgerichtet. Weiterhin ist die Rotationsachse34 quer und insbesondere senkrecht zu dem Träger12 für die Schaltungsanordnung20 ausgerichtet. Ferner ist die Rotationsachse34 insbesondere parallel zu der Rückenplatte23 orientiert. - Bei der Positionierung der Energieversorgungsvorrichtung
10 in einem Gehäuse des entsprechenden elektrischen Geräts, für dessen Energieversorgung die Vorrichtung10 verantwortlich ist, weist die Ansaugseite32 vorzugsweise nach unten ins Gehäuseinnere, d.h. bei montierter Energieversorgungsvorrichtung10 liegt die Lüftereinrichtung24 bezogen auf die Schwerkraftrichtung unterhalb des elektrischen Anschlusses32 . Insbesondere ist das Gehäuse des elektrischen Geräts mit einer Öffnung versehen, an welcher die Rückenplatte23 der Energieversorgungsvorrichtung10 positioniert wird. Diese Öffnung liegt üblicherweise an einer Gehäuserückseite des elektrischen Geräts. - Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß ein Radiator
38 einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung40 in die Energieversorgungsvorrichtung10 integriert ist. - Insbesondere ist der Radiator
38 so angeordnet, daß er mindestens teilweise durch den Luftstrom der Lüftereinrichtung24 beaufschlagbar ist, um für eine Kühlung zu sorgen. - Durch die insbesondere als Lüftungsschlitze ausgebildete Öffnungen
25 ist eine Luftzirkulation mit dem Außenraum ermöglicht. Dadurch wird ein Luftstau in dem Gehäuse des elektrischen Geräts vermieden. - Der Radiator
38 weist eine Kühlstrecke42 auf, durch die (aufgeheizte) Flüssigkeit strömt. In der Kühlstrecke42 kann sich die Flüssigkeit insbesondere aufgrund der Luftstrombeaufschlagung durch die Lüftereinrichtung24 abkühlen. - Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist eine gemeinsame Lüftereinrichtung, nämlich die Lüftereinrichtung
24 für die Energieversorgungsvorrichtung10 und für die Flüssigkeitskühlungseinrichtung40 , vorgesehen. Das Lüfterrad26 läßt sich größer ausbilden; dadurch läßt sich die Geräuschentwicklung der Lüftereinrichtung24 erniedrigen. - Zum Halten des Radiators
38 (und zum Schließen des Gehäuses21 ) umfaßt das Gehäuse21 der Energieversorgungsvorrichtung10 beispielsweise gegenüberliegende Halteplatten44a ,44b . Die Halteplatten44a ,44b können auch die Lüftereinrichtung24 und den Träger12 für die Schaltungsanordnung20 halten. - Bei der Energieversorgungsvorrichtung
10 sind der Radiator38 und die Lüftereinrichtung24 hintereinander angeordnet, so daß der Luftstrom der Lüftereinrichtung24 an der Kühlstrecke42 vorbeiströmt. Bezogen auf das Schutzgitter30 kann die Lüftereinrichtung24 vor oder hinter dem Radiator38 angeordnet sein. Der Radiator38 ist mechanisch geschützt in dem Gehäuse21 angeordnet. - Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Radiator
38 nur einen Teilbereich der Strömungsfläche der Lüftereinrichtung24 "bedeckt", so daß über einen anderen Teilbereich der Luftstrom des Lüfters28 direkt den Kühlkörper16 beaufschlagen kann. - Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Umwälzpumpe
46 der Flüssigkeitskühlungseinrichtung40 in die Energieversorgungsvorrichtung10 zu integrieren. Bei der Umwälzpumpe46 handelt sich beispielsweise um eine Umwälzpumpe mit einem sphärisch gelagerten Rotor, an welchem drehfest ein Schaufelrad sitzt. Eine solche Umwälzpumpe ist beispielsweise in derEP 1 398 511 A1 bzw. der US 2004/0052663 A1 oder derEP 1 416 607 A2 bzw. der US 2004/0119371 A1 beschrieben. Auf diese Druckschriften wird ausdrücklich Bezug genommen. - Eine Rotationsachse
45 des Rotors der Umwälzpumpe liegt quer und insbesondere senkrecht zur Rotationsachse34 des Lüfterrads26 . - Die Energieversorgungsvorrichtung
10 bildet ein Flüssigkeitskühlungs-Energieversorgungsvorrichtungs-Modul, welches in ein Gehäuse des entsprechenden elektrischen Geräts (beispielsweise eines Computers) einsetzbar ist. - Die Umwälzpumpe
46 ist insbesondere an einer Halteplatte47 , welche der Rückenplatte23 gegenüberliegt und zwischen den Halteplatten44a ,44b sitzt, fixiert. Insbesondere ist sie außerhalb eines Gehäuseinnenraums49 des Gehäuses21 angeordnet. - An der Halteplatte
47 sitzt eine Durchführung51 für einen oder mehrere Kabelstränge53 (4 ). Über diesen Kabelstrang53 (bzw. Kabelstränge53 ) wird elektrischen Verbrauchern des elektrischen Geräts Strom zugeführt. - Die Umwälzpumpe
46 wird über die elektrische Energieversorgungsvorrichtung10 mit elektrischer Energie versorgt. Sie ist dazu an entsprechende Ausgangsanschlüsse der Schaltungsanordnung20 beispielsweise mittels Kabel des Kabelstrangs53 elektrisch angeschlossen. - Die Umwälzpumpe
46 weist einen ersten Flüssigkeitsanschluß48 und einen zweiten Flüssigkeitsanschluß50 auf. Mit diesen beiden Anschlüssen48 ,50 steht (mindestens) ein thermisches Kontaktelement52 in fluidwirksamer Verbindung, welches an einem oder mehreren elektronischen Leistungsbauteilen des elektrischen Geräts fixierbar ist, um Wärme abführen zu können. - Beispielsweise ist es vorgesehen, das thermische Kontaktelement
52 an der CPU eines Computers in thermischem Kontakt mit dieser zu fixieren. Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, das thermische Kontaktelement52 oder ein weiteres thermisches Kontaktelement mit einem Graphikprozessor eines Computers zu verbinden. - Das thermische Kontaktelement
52 dient dazu, den thermischen Kontakt mit einer Wärmequelle (heat sink) bereitzustellen. Das thermische Kontaktelement52 wird von Kühlungsflüssigkeit durchströmt, um Wärme von dem thermischen Kontaktelement52 und damit von der Wärmequelle abführen zu können. - Das thermische Kontaktelement
52 ist mit dem zweiten Flüssigkeitsanschluß50 der Umwälzpumpe46 über eine erste Flüssigkeitsleitung54 verbunden. Bei dieser handelt es sich insbesondere um einen (flexiblen) Schlauch. - Das thermische Kontaktelement
52 ist ferner über eine zweite Flüssigkeitsleitung56 mit dem ersten Flüssigkeitsanschluß48 der Umwälzpumpe46 verbunden. - Zwischen einem entsprechenden Anschluß
58 des thermischen Kontaktelements52 und dem ersten Flüssigkeitsanschluß48 der Umwälzpumpe46 ist der Radiator38 angeordnet; aufgeheizte Kühlungsflüssigkeit, welche vom thermischen Kontaktelement52 kommt, läßt sich in dem Radiator38 mit seiner flächigen Kühlstrecke42 abkühlen, so daß abgekühlte Kühlungsflüssigkeit der Umwälzpumpe46 über den Flüssigkeitsanschluß48 zuführbar ist. - Es ist auch möglich, daß der Anschluß
58 des thermischen Kontaktelements52 mit der Umwälzpumpe46 über den Anschluß48 verbunden ist. Der Anschluß50 ist dann mit dem Radiator38 verbunden. In der Strömungsführung der Kühlungsflüssigkeit ist die Umwälzpumpe46 dann direkt nach dem thermischen Kontaktelement52 und vor dem Radiator38 angeordnet. Die Umwälzpumpe46 wird dadurch von aufgeheizter Kühlungsflüssigkeit vor dem Abkühlen im Radiator38 durchströmt. - Die Umwälzpumpe kann auch mehrere thermische Kontaktelemente mit Kühlungsflüssigkeit versorgen bzw. es sind mehrere Umwälzpumpen vorgesehen.
- Die Flüssigkeitskühlungseinrichtung
40 umfaßt einen Ausgleichsbehälter62 für Kühlungsflüssigkeit. Es kann sich dabei um einen getrennten Behälter handeln, wie in den Figuren gezeigt, oder der Ausgleichsbehälter kann in die Umwälzpumpe46 integriert sein. - Der Ausdehnungsbehälter
62 weist beispielsweise ein Aufnahmevolumen in der Größenordnung von 50 cm3 auf. Er ist insbesondere neben der Umwälzpumpe46 an der Halteplatte47 angeordnet. - Die Flüssigkeitskühlungseinrichtung
40 wird vorzugsweise mit der erforderlichen Menge an Kühlungsflüssigkeit vorbefüllt, welche für die erwartete übliche Lebensdauer ausreicht, so daß keine Nachbefüllung notwendig ist. Der Ausgleichsbehälter62 stellt den zusätzlichen Aufnahmeraum für die Kühlungsflüssigkeit hierzu bereit. - Erfindungsgemäß wird eine vorkonfektionierte Flüssigkeitskühlungseinrichtung
40 bereitgestellt, welche in die Energieversorgungsvorrichtung10 integriert ist; es ist dadurch ein vorkonfektioniertes Flüssigkeitskühlungs-Energieversorgungs-Modul gebildet, welches als Ganzes in ein Gehäuse eines elektrischen Gerätes einsetzbar ist. Das oder die thermischen Kontaktelemente52 werden dann mit den zu kühlenden Gegenständen des elektrischen Gerätes, insbesondere mit elektronischen Leistungsbauteilen, in thermischen Kontakt gebracht, das heißt bezüglich diesen mechanisch derart fixiert, daß ein guter thermischer Kontakt vorliegt. - Im Betrieb der Energieversorgungsvorrichtung
10 stellt diese dem elektrischen Gerät die notwendige elektrische Energie bereit. Ferner wird die Umwälzpumpe46 angetrieben, um Kühlungsflüssigkeit durch das bzw. die thermischen Kontaktelemente52 zu pumpen. Dadurch läßt sich von dem entsprechenden, mit einem thermischen Kontaktelement52 kontaktierten Gegenstand Wärme abführen. Die aufgeheizte Kühlungsflüssigkeit wird dann dem Radiator38 zugeführt, an welcher sie abkühlen kann. Ein Luftstrom der Lüftereinrichtung24 beaufschlagt dabei den Radiator38 und vorzugsweise auch mindestens teilweise die Schaltungsanordnung20 der Energieversorgungsvorrichtung10 . Die Lüftereinrichtung24 sorgt dabei gleichzeitig für eine Luftkühlung der aufgeheizten Kühlungsflüssigkeit und für eine Luftkühlung der Schaltungsanordnung20 . - Es ist dabei möglich, daß der Radiator
38 so angeordnet ist, daß abgekühlte Kühlungsflüssigkeit an der Schaltungsanordnung20 vorbeigeführt wird, um diese – über Kühlungsflüssigkeit – zusätzlich kühlen zu können. - Die Lüftereinrichtung
24 ist eine gemeinsame Lüftereinrichtung für den Radiator38 und die Energieversorgungsvorrichtung10 und insbesondere deren Schaltungsanordnung20 . - Durch die Kombination der Flüssigkeitskühlungseinrichtung
40 und der Energieversorgungsvorrichtung10 mit integriertem Radiator38 kann eine weitere Lüftereinrichtung entfallen. Es wird ein kompaktes Modul bereitgestellt, welches sich auf einfache Weise in einem Gehäuse eines elektrischen Geräts montieren läßt. Der Lüfter28 für den Radiator38 läßt sich vergrößern und damit läßt sich das Lüftergeräusch verringern. - Der Radiator
38 ist in dem Gehäuse21 geschützt angeordnet. - Das Kühlungsflüssigkeits-Energieversorgungs-Modul ist vorzugsweise vorkonfektioniert, das heißt alle notwendigen Komponenten der Flüssigkeitskühlungseinrichtung
40 sind montiert; insbesondere sind der Radiator38 , die Umwälzpumpe46 , die Lüftereinrichtung24 , die Flüssigkeitsleitungen54 ,56 und darüber das oder die thermischen Kontaktelemente52 montiert. Ferner ist das System mit einer ausreichende Menge an Kühlungsflüssigkeit vorgefüllt, so daß keine Nachbefüllung während der üblichen erwarteten Lebensdauer des Moduls notwendig ist.
Claims (27)
- Energieversorgungsvorrichtung für ein elektrisches Gerät, insbesondere für einen Computer, mit einer Lüftereinrichtung (
24 ), dadurch gekennzeichnet, daß ein Radiator (38 ) für eine Flüssigkeitskühlungseinrichtung (40 ) in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiator (
38 ) so angeordnet ist, daß er mindestens teilweise durch einen Luftstrom der Lüftereinrichtung (24 ) beaufschlagbar ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Umwälzpumpe (
46 ) für die Flüssigkeitskühlung. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) an einem Gehäuse (21 ) der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) außerhalb eines Gehäuseinnenraums (49 ) eines Gehäuses (21 ) der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) mit mindestens einem thermischen Kontaktelement (52 ) verbunden ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein thermisches Kontaktelement (
52 ) mit der Umwälzpumpe (46 ) über Flüssigkeitsleitungen (54 ,56 ) derart verbunden ist, daß durch das mindestens eine thermische Kontaktelement (52 ) ein Gegenstand thermisch kontaktierbar ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strömungsführung für Kühlungsflüssigkeit bezogen auf eine Strömungsrichtung für aufgeheizte Kühlungsflüssigkeit die Umwälzpumpe (
46 ) vor dem Radiator (38 ) angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) an oder in der Nähe einer Durchführung (51 ) für einen Kabelstrang (53 ) angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) an einer Halteplatte (47 ) angeordnet ist, welche einem elektrischen Anschluß (22 ) gegenüberliegt. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rotationsachse (
34 ) der Lüftereinrichtung quer zu einer Rotationsachse (45 ) der Umwälzpumpe (46 ) orientiert ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiator (
38 ) und die Lüftereinrichtung (24 ) hintereinander angeordnet sind. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radiator (
38 ) unterhalb eines elektrischen Anschlusses (22 ) der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (
46 ) einen Elektromotor mit einem sphärisch gelagerten Rotor aufweist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaufelrad der Umwälzpumpe (
46 ) mit dem Rotor verbunden ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausgleichsbehälter (
62 ) für Kühlungsflüssigkeit vorgesehen ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ausgleichsbehälter (
62 ) in die Energieversorgungsvorrichtung integriert ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ausgleichsbehälter (
62 ) neben einer Umwälzpumpe (46 ) angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ausgleichsbehälter in eine Umwälzpumpe integriert ist.
- Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Energieversorgungsvorrichtung Komponenten (
24 ,38 ,46 ) für eine Flüssigkeitskühlungseinrichtung (40 ) integriert sind. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in die Energieversorgungsvorrichtung der Radiator (
38 ), eine Umwälzpumpe (46 ), ein Ausdehnungsbehälter (62 ) und die Lüftereinrichtung (24 ) für den Radiator (38 ) integriert sind. - Energieversorgungsvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch Flüssigkeitsleitungen (
54 ,56 ), an welchen mindestens ein thermisches Kontaktelement (52 ) angeordnet ist. - Energieversorgungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskühlungseinrichtung (
40 ) mit einer solchen Menge an Kühlungsflüssigkeit vorbefüllt ist, daß kein Nachfüllen während einer erwarteten Lebensdauer notwendig ist. - Flüssigkeitskühlungs-Energieversorgungs-Modul für ein elektrisches Gerät, welches eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt.
- Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie an Komponenten eines elektrischen Geräts, bei dem eine Schaltungsanordnung für die Energiebereitstellung über einen Luftstrom einer Lüftereinrichtung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom der Lüftereinrichtung einen Radiator einer Flüssigkeitskühlungseinrichtung beaufschlägt.
- Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlungsflüssigkeit durch eine Energieversorgungsvorrichtung geführt wird.
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